CN212716998U - 一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置 - Google Patents

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张启应
邹荔兵
周名军
刘凡鹰
任永
段博志
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王超
李友龙
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Abstract

本实用新型公开一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，包括十字型基础、浮筒、绞线、单点定位装置、塔筒、发电舱和风轮，所述塔筒安装在十字型基础的中心处，发电舱和风轮安装在塔筒上，十字型基础包括四个支腿，十字型基础为混凝土中空结构，每个支腿的端部分别与一个浮筒相连，浮筒与支腿之间保持倾斜，浮筒的另一端面延伸出绞线斜拉连接塔筒，十字型基础的中心处设有单点定位装置。

Description

一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置
技术领域
本实用新型涉及海上风电技术领域，特别涉及一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置。
背景技术
随着陆上风电的不断开发，优质的风资源逐渐减少，海上风电的开发有着巨大的潜力，并且沿海地区经济发达，能源需求量大，因此发展海上风电是必然趋势。目前海上风机一般采用固定式基础，基础的打桩、建造、运输和吊装的费用高昂；相比浮式风机整体安装和运输，建造安装费用低。在机组容量越来越大、近岸资源越来越少的情况下，海上风电从近海走向远海、从浅海走向深海，是风电行业发展的必然趋势。目前漂浮式风机项目主要集中在欧洲、美国和日本，常见的基础结构形式有三种。
第一种浮式基础为立柱式，其结构特点是压载舱使平台的浮心高于重心，保证结构的稳性，锚泊系统控制平台的水平位移，这种基础吃水很深，结构重量大。第二种浮式基础为张力腿式，张力腿的结构特点是浮力大于重力，通过张力腿系统固定于海底，保证结构的稳性及控制水平位移。但是，这种基础没有自我回复刚度，一旦张力腿发生意外断裂，基础容易发生倾覆，有着很大的安全隐患。第三种平台为驳船式，水线面积大，稳性好，锚泊系统控制平台的水平位移。通过平台偏转时，两侧入水体积的变化所产生的浮力差来提供回复力矩。但是，基础受到的波浪力较大，对锚泊系统的性能要求高，因此经济性能较差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有风机的浮式基础的不足，提供一种具有随风向自动偏航功能的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，该装置能够有效降低海上环境荷载，控制风机运动响应。
本实用新型的技术方案为：一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，包括十字型基础、浮筒、绞线、单点定位装置、塔筒、发电舱和风轮，所述塔筒安装在十字型基础的中心处，发电舱和风轮安装在塔筒上，十字型基础包括四个支腿，十字型基础为混凝土中空结构，每个支腿的端部分别与一个浮筒相连，浮筒与支腿之间保持倾斜，浮筒的另一端面延伸出绞线斜拉连接塔筒，十字型基础的中心处设有单点定位装置。其中，风机正常运行时，十字型基础的中空部分灌入压载水，增加浮式基础重量，降低风机重心，提高浮体稳性；浮筒与塔筒之间通过绞线连接能够增强塔筒的结构强度。
所述混凝土中空结构的横截面为椭圆形、平椭形、圆形或三角形。
所述浮筒与支腿之间的倾斜角度为40-60度。
所述浮筒内设有若干个独立的压载舱室。其中，采用此结构，当单个或少数压载舱室发生破损泄漏时，仍能够保持整个浮筒结构的稳定性，满足完整稳性和破舱稳性的要求。
所述单点定位装置包括转塔、多条系泊缆和拖曳锚，系泊缆的两端分别与转塔和拖曳锚连接，拖曳锚与海底连接。其中，浮式基础绕着转塔旋转，最终稳定在来源风向的方向上，使得风机随环境载荷方向调节风机方向，具有自动对风的性能，提高浮式风机的发电效率，省去了风机上部的偏航系统，从而降低了风机的维修难度与保养成本。
所述转塔包括外壳和连接中心件，连接中心件安装于外壳下方，连接中心件相对外壳以任意角度旋转。其中，转塔的顶部与十字型基础连接，十字型基础可以随风向变化，实现自动偏航控制。
所述连接中心件通过滚柱轴承与外壳连接。其中，采用这种结构，可以实现风机基础绕连接中心件无限次360°旋转。
所述系泊缆采用合成纤维、钢丝绳和铁链中的一种或多种的组合方式。
所述系泊缆的系泊方式为悬链线或张紧式。
所述十字型基础的支腿包括多个混凝土模块，混凝土模块壁内预埋钢筋且穿插多条波纹管，钢丝绳穿过波纹管内将各混凝土模块依次连接。其中，混凝土模块的形状和大小相同，可批量生产，缩短建造周期，简化建造工艺，多个混凝土模块组合成支腿，依据浮力大小确定混凝土模块的数量。
本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：
本海上风力发电装置的浮式基础采用十字型混凝土结构，结构简单，能够有效减少风机受到的风、浪、流等环境荷载，具有良好的水动力性能，以抑制风机的运动幅值；混凝土中空部灌入压载水，保证风机在正常工作状况下的稳性，在风浪流作用下发生较小的运动响应。
本海上风力发电装置的浮式基础相对于目前浮式平台主要采用的钢结构，钢筋混凝土具有成本低、耐腐蚀等优点，有效降低浮式风机成本；钢筋混凝土模块化制作，有利于浮式风机的批量化建造，缩短建造周期，简化建造工艺。
本海上风力发电装置的浮式基础采用单点定位装置，使浮式风机具有自动偏航控制能力，在风向发生改变的情况下，无需通过偏航系统辅助，自动调整风机方位，保证风轮对风性，从而提高浮式风机的发电效率。
本海上风力发电装置的单点定位装置根据浮式风机作业水深的不同，可以选取不同系泊方式，包括悬链线或张紧式，使浮式风机的作业海域灵活，具有很强的适应能力；如果漂浮式基础采用张紧式系泊系统，节约材料成本，减少海域占有面积，使深海风电建设成本大大降低，经济实用。
附图说明
图1为本自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置的结构示意图。
图2为十字型基础的支腿的截面示意图。
图3为单点定位装置的结构示意图。
其中，图中所示，1为发电舱、2为塔筒、3为绞线、4为浮筒、5为十字型基础、6为系泊缆、7为单点定位装置、8为拖曳锚、9为转塔。
具体实施方式
下面结合实施例，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
本实施例一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，如图1所示，包括十字型基础5、浮筒4、绞线3、单点定位装置7、塔筒2、发电舱1和风轮，所述塔筒安装在十字型基础的中心处，发电舱和风轮安装在塔筒上，十字型基础包括四个支腿，十字型基础为混凝土中空结构，每个支腿的端部分别与一个浮筒相连，浮筒与支腿之间保持倾斜，浮筒的另一端面延伸出钢制绞线斜拉连接塔筒，十字型基础的中心处设有单点定位装置。其中，风机正常运行时，十字型基础的中空部分灌入压载水，增加浮式基础重量，降低风机重心，提高浮体稳性；浮筒与塔筒之间通过绞线连接能够增强塔筒的结构强度。
本实施例中，搭载5.0MW的发电舱，十字型基础的支腿长度为40米，混凝土中空结构的横截面长8米，宽4米，壁厚0.3米，支腿与浮筒之间采用焊接件连接，浮筒的直径根据所需提供的浮力核算，本案例中直径采用6米。
如图2所示，所述混凝土中空结构的横截面为平椭形。
所述浮筒与支腿之间的倾斜角度为45度，在浮筒顶端延伸出的绞线，斜拉到塔筒上，以加强塔筒强度。
所述浮筒内设有若干个独立的压载舱室。其中，采用此结构，当单个或少数压载舱室发生破损泄漏时，仍能够保持整个浮筒结构的稳定性，满足完整稳性和破舱稳性的要求。
如图3所示，所述单点定位装置包括转塔9、多条系泊缆6和拖曳锚8，系泊缆的两端分别与转塔和拖曳锚连接，拖曳锚与海底连接。其中，浮式基础绕着转塔旋转，最终稳定在来源风向的方向上，使得风机随环境载荷方向调节风机方位，具有自动对风的性能，提高浮式风机的发电效率，省去了风机上部的偏航系统，从而降低了风机的维修难度与保养成本。十字型基础下方设有容纳转塔的凹位。
所述转塔包括外壳和连接中心件，连接中心件安装于外壳下方，连接中心件相对外壳以任意角度旋转。其中，转塔的顶部与十字型基础连接，十字型基础可以随风向变化，实现自动偏航控制。
所述连接中心件通过滚柱轴承与外壳连接。其中，采用这种结构，可以实现风机基础绕连接中心件无限次360°旋转。
所述系泊缆采用合成纤维、钢丝绳和铁链中的一种或多种的组合方式。
所述系泊缆的系泊方式为悬链线，使用6根系泊缆，根据水深的不同确定系泊半径，将各系泊缆的一端呈辐射式系泊在海底。
所述十字型基础的支腿包括多个混凝土模块，混凝土模块壁内预埋钢筋且穿插多条波纹管，钢丝绳穿过波纹管内将各混凝土模块依次连接。其中，混凝土模块的形状和大小相同，可批量生产，缩短建造周期，简化建造工艺，多个混凝土模块组合成支腿，依据浮力大小确定混凝土模块的数量。
如上所述，便可较好地实现本实用新型，上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于，包括十字型基础、浮筒、绞线、单点定位装置、塔筒、发电舱和风轮，所述塔筒安装在十字型基础的中心处，发电舱和风轮安装在塔筒上，十字型基础包括四个支腿，十字型基础为混凝土中空结构，每个支腿的端部分别与一个浮筒相连，浮筒与支腿之间保持倾斜，浮筒的另一端面延伸出绞线斜拉连接塔筒，十字型基础的中心处设有单点定位装置。
2.根据权利要求1所述一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于，所述混凝土中空结构的横截面为椭圆形、平椭形、圆形或三角形。
3.根据权利要求1所述一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于，所述浮筒与支腿之间的倾斜角度为40-60度。
4.根据权利要求1所述一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于，所述浮筒内设有若干个独立的压载舱室。
5.根据权利要求1所述一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于，所述单点定位装置包括转塔、多条系泊缆和拖曳锚，系泊缆的两端分别与转塔和拖曳锚连接，拖曳锚与海底连接。
6.根据权利要求5所述一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于，所述转塔包括外壳和连接中心件，连接中心件安装于外壳下方，连接中心件相对外壳以任意角度旋转。
7.根据权利要求6所述一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于，所述连接中心件通过滚柱轴承与外壳连接。
8.根据权利要求5所述一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于，所述系泊缆采用合成纤维、钢丝绳和铁链中的一种或多种的组合方式。
9.根据权利要求5所述一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于，所述系泊缆的系泊方式为悬链线或张紧式。
10.根据权利要求1所述一种自动偏航的十字型基础漂浮式海上风力发电装置，其特征在于，所述十字型基础的支腿包括多个混凝土模块，混凝土模块壁内预埋钢筋且穿插多条波纹管，钢丝绳穿过波纹管内将各混凝土模块依次连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113653603A (zh) * 2021-09-06 2021-11-16 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 双风轮自动偏航发电系统及其偏航控制方法

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